BR112017024237B1 - Sistema de reforço adequado para uso submarino - Google Patents

Abstract

APARELHO. Trata-se de um sistema de velocidade variável, hermeticamente vedado, submersível de modo eficaz e de baixo custo exclusivo destinado a acionar unidades de reforço submersíveis. O sistema inclui uma combinação exclusiva de um motor elétrico carregado com líquido conectado a um acoplamento hidráulico e a uma seção acionadora de acoplamento magnético, em um recipiente hermeticamente vedado, em que um seguidor de acoplamento magnético aciona uma unidade intensificadora. O sistema inclui adicionalmente resfriamento, lubrificação e funcionalidade de controle integrados. A unidade de acionamento tem um sistema de atuação conectado às pás de orientação internas que controla o fluxo de líquido entre o propulsor de bomba e a roda de turbina do acoplamento hidrodinâmico e, assim, o torque e a velocidade. O sistema combinado é uma unidade de acionamento submersível sem topside e sem vedação vedada que pode operar em ambientes submarinos difíceis. A unidade de acionamento abre para o uso de revestimentos a pressão de parede delgada e penetradores elétricos de baixa pressão.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se, em geral, a bombas e compressores acionados por motor (unidades impulsionadoras de pressão) e, mais particularmente, a bombas e compressores acionados por motor submersíveis que têm um conjunto de transmissão de torque.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] A indústria submarina está mudando de ser uma nova fronteira em que apenas companhias multinacionais grandes desenvolvem novas tecnologias de perfuração e completação para explorar e desenvolver novos recursos de hidrocarboneto em milhares de metros de água e sem existir infraestrutura podem participar em um mercado mais maduro com muitas companhias participantes utilizando milhares de sondas de perfuração de alta especificação, tecnologias de perfuração e completação sempre aperfeiçoadas e infraestrutura crescente.

[003] Com essa maturidade no mercado submarino, novos desafios estão surgindo. Esses desafios incluem maximizar a produção de campos em maturação e marginais, diminuir custos para ser competitivo com produtos de muita fonte, tais como óleo de xisto na América do Norte. As reduções de custo também se tornaram importantes com preços de bens de consumo voláteis. Os programas de economia de custos que são adotados por operadores são métodos de procura para reduzir custos gerais de desenvolvimento submarino em 30% ou mais. Estão incluídos nesses programas desafios para fornecedores de produto e serviço fornecerem soluções de baixo custo que são mais fáceis, mais simples e mais rápidas para implantar e que reduzem a necessidade de muitos processos de perfuração, completação e produção existentes.

[004] Uma área de transição no campo submarino que tem necessidade de novas soluções técnicas para tratar das demandas dos clientes está na área de processamento e bombas submarinos. Tradicionalmente, muitas das atividades de produção e processamento submarinos ocorreram em plataformas de topside e unidades de produção conectadas a árvores de natal e tubulações submarinas através de dutos e outros produtos tubulares. Essa configuração exige grandes bombas e equipamento auxiliar para ajudar no transporte de óleo, gás natural e água para unidades, processadores e injeção de separação e unidades de eliminação de água. A necessidade desses itens de equipamento contribui com custos e complexidade mais altos, o que, por sua vez, afeta a confiabilidade e o lucro final.

[005] O envelhecimento dos campos submarinos mundiais também criou desafios de bombeamento submarino uma vez que campos e reservatórios mais velhos começam a produzir grandes níveis de água e exigem pressão aumentada para produção. Mostrou-se que uso de bombas de leito marinho estende a vida de um reservatório e aperfeiçoa a economia do campo ajudando-se a manter a pressão através da injeção de água no reservatório ou reforçando-se diretamente o fluxo a partir do reservatório. Os poços em maturação também apresentam grandes desafios para bombear fluidos que consistem em proporções maiores de gás para óleo que são mais difíceis para bombas tradicionais moverem de modo eficiente.

[006] As bombas de produção submarinas geralmente se encaixam nos seguintes tipos: - Centrífuga: Helico-axial (Fluxo axial). Essas bombas submarinas foram provadas para aplicações grandes. Essas bombas são geralmente muito grandes, têm baixa eficiência e precisam de altas velocidades de haste (até 6.500 rpm); - Centrífuga: Fluxo misturado. Essas bombas foram qualificadas para aplicações submarinas. As mesmas fornecem, em geral, eficiência maior e precisam de velocidades de haste menores (até 5.400 rpm); - Rosca dupla: Essas bombas foram, em algumas ocasiões, instaladas em aplicações de bombeamento de leito marinho e testadas em aplicações de interior de poço. As mesmas são, em geral, altamente eficientes quando se lida com fluidos de alta viscosidade, mas têm historicamente confiabilidade baixa, particularmente na presença de partículas; - Bombas submersíveis elétricas: Essas bombas são principalmente do tipo centrífuga, mas também podem ser do tipo de deslocamento positivo e foram, em geral, utilizadas para aplicações de interior de poço e operam bem com altos volumes. As mesmas foram usadas para aplicações de injeção selecionadas.

[007] Cada um desses tipos de bombas apresenta determinados benefícios, assim como detrimentos, incluindo sua capacidade para elevar óleo pesado, operar em água profunda, lidar com frações de gás para perdas e facilidade de manutenção.

[008] Cada uma dentre as soluções de bomba atuais também tem desvantagens devido a suas exigências de alta potência e projetos de vedação complexos para a água profunda. As exigências de alta potência das bombas impõem uma necessidade de linhas umbilicais elétricas grandes e acionamentos de velocidade variáveis para suprir e gerenciar a potência necessária. De modo semelhante, profundidades de água operacional exigidas aumentaram as capacidades de vedação por pressão do equipamento por sua confiabilidade em vedações mecânicas sensíveis a alta pressão e sistemas de fluido de barreira complexos associados para lubrificação.

[009] Recentemente, avanços tecnológicos permitiram um uso maior de bombas e processamento submarinos. Essas unidades de reforço submersas, entretanto, ainda exigem equipamento de topside (no topo da plataforma) de alto custo e grandes para operar e não podem ser economicamente usadas para desenvolvimentos de campo menor ou marginal, tais como “terrenos baldios” ou “campos verdes” menores. Além disso, equipamentos maiores e mais complexos criam desafios para permitir que operadores pratiquem produção de campo precoce.

[010] Portanto, existe uma necessidade de um sistema de bomba submarina de alto desempenho e econômico com as seguintes características: (i) é empregado de modo submarino e pode ser operado sem controles de pressão hidráulica de topside e sistemas de acionamento de velocidade variável grandes separados, (ii) é principalmente projetado para desenvolvimentos de campo e exigências de fluxo menores com exigências de potência de motor menores que 1,5 megawatts, (iii) é sem vedação a fim de eliminar vazamento de fluido interno para o ambiente através de vedações dinâmicas e (iv) é flexível e modular a fim de possibilitar sua incorporação em uma grande variedade de aplicações, incluindo reforço, injeção de água do mar, separação de água e transporte de fluido. Um sistema desejável também tem capacidade para manusear múltiplos tipos de fluidos e fases de fluido.

[011] Uma bomba submarina com as características acima pode se tornar um componente-chave em sistemas que permitem: • Desenvolvimento de terreno baldio de campos maduros; • Desenvolvimento de campos verdes com pressões iniciais baixas; • Injeção de água separada a partir de campos de produção; • Produção precoce de hidrocarbonetos descobertos; • Injeção de água do mar bruta; • Armazenamento submarino; • Produção de óleo muito pesado; • Acessos longos e garantia de fluxo; ou • Compressão de gás e ponto de condensação/desidratação de água do mar. • Aplicações auxiliares, cruciais para o bom funcionamento de conceitos de fábrica submarinos que são procurados por muitos operadores de óleo e gás, incluem: • Bomba de resfriamento ativo que usa água do mar ou refrigerante em um circuito para controlar temperaturas de fluxos para o poço e a partir do mesmo, dutos (por exemplo, tecnologia de “fluxo frio”) ou equipamento; • Bombeamento condensado para hospedeiro/costa em relação a poços de gás submarinos; • Reinjeção de óleo no fluxo para hospedeiro/superfície, sistemas de separação pós-submarinos; • Injeção de condensado para estabilizar compressores de gás úmido; e • Reforço de gás úmido.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[012] As realizações da presente invenção no presente documento abrangem uma unidade de acionamento única de baixo custo e de velocidade variável, submersível e eficiente adequada para acionar unidades impulsionadoras submersas para operar submersas em um corpo hídrico e incorpora um sistema de acoplamento por ímã permanente e acoplamento hidráulico e uma funcionalidade de acionamento de velocidade variável integrada. A novidade do conceito inclui a integração de um sistema único de barreira de pressão de transmissão de torque de velocidade variável que contém um projeto de acoplamento magnético com tecnologia de acoplamento hidráulico e propulsor modificada para operar eficientemente em conjunto com um acoplamento magnético para uso submarino a longo prazo de uma forma que ainda não foi tentada anteriormente. A integração do sistema de acoplamento de transmissão de torque acima torna possível remover todos os sistemas auxiliares, exceto a série de potência, e permitirá saídas de etapa mais longas do que é atualmente possível com a tecnologia existente.

[013] Em uma realização preferencial, a unidade de acionamento descrita compreende um motor elétrico padrão carregado com líquido que transmite torque para uma bomba centrífuga de fase única ou múltiplas fases por meio de um sistema de acoplamento magnético e hidráulico combinados sofisticado. O sistema incorpora uma combinação única de (i) sistema de acoplamento magnético permanente especialmente projetado para transferir torque entre o motor elétrico principal e a bomba ou o compressor principal com um sistema de resfriamento, compensação de pressão e lubrificação integrado que também serve como uma barreira de pressão e (ii) um propulsor de bomba pequeno e uma roda de turbina embutida em um sistema de acoplamento hidráulico para transferir torque entre o motor elétrico principal e a bomba ou o compressor principal. O sistema também incorpora um sistema de atuação conectado a pás de orientação internas que controlam o fluxo de líquido entre a bomba pequena e as rodas de turbina do acoplamento e, assim, o torque e a velocidade.

[014] A combinação do acoplamento magnético e de um acoplamento hidrodinâmico permanentes integrados serve como uma barreira de pressão combinada e um conversor de torque para o sistema. Essa combinação serve para duas funções principais.

[015] Primeiro, o sistema separa hermeticamente o fluido de processo bombeado a partir do fluido de resfriamento e lubrificação e que cerca a água do mar por meio de um acoplamento magnético de não contato e uma barreira de pressão estática classificada para ter até cerca de 103,5 MPa (1.035 bar) de pressão diferencial. A barreira criada pelo sistema remove a necessidade de uma vedação mecânica e a necessidade de lubrificação de fluido de barreira da vedação.

[016] Segundo, o acoplamento de torque hidráulico serve como um sistema de bomba e turbina de não contato que fornece velocidade variável e funcionalidade de início suave, assim como controle de torque completo sobre a faixa completa de velocidades.

[017] A integração dessas duas funções em um único sistema assegura o resfriamento, a lubrificação, a confiabilidade e a estabilidade de uma forma não realizada ou disponível antes.

[018] Os benefícios específicos ganhos com a realização preferencial da invenção incluem: • O compartimento de unidade de acionamento não precisa ser projetado para pressões de fechamento de poço. Como um resultado, o revestimento da unidade de acionamento pode ser projetado para diminuir exigências de pressão e o motor pode ser altamente padronizado devido à vedação estática hermética oferecida pelo acoplamento magnético permanente. • Devido ao fato de que o alojamento de motor para o sistema é compensado por pressão à pressão de leito marinho por meio de um dispositivo de compensação de pressão externa, o sistema elimina a necessidade tanto de (i) penetradores de alta pressão e tensão média/alta para a fonte de alimentação principal do motor elétrico quanto de (ii) penetradores de sinal de alta pressão e baixa tensão para os sinais de instrumentação na área de motor/acoplamento. • O projeto minimiza o número de vedações estáticas críticas no sistema de bomba ou compressor. • A substituição de equipamento de unidades de alta pressão (HPU) de topside de alto custo e o sistema umbilical hidráulico associado a um compensador de pressão externa de baixo volume pequeno e um sistema de resfriamento integrado. • O fluido de resfriamento e lubrificação pode ficar 100% livre de contaminação de processo. • A unidade de bomba/compressor pode operar com mais do que a velocidade rotacional do motor gerada pela frequência de alimentação, rendendo perdas de atrito induzidas por líquido reduzidas no motor. As perdas de atrito menores desviam perdas de eficiência esperadas históricas comuns para o uso de acoplamentos hidráulicos em altas velocidades. • Nenhum suprimento de topside de fluido de barreira é necessário para qualquer operação de bombeamento de fase única ou múltiplas fases. O fluido de barreira é necessário apenas em aplicação submarina para fluidos de processo altamente contaminados ou quando a lubrificação de mancal e o resfriamento de acoplamento magnético não são possíveis. Para esses casos, o compartimento de motor e o fluido de resfriamento continuam a ser 100% limpos e livres de contaminação de processo. • A unidade de acionamento tem um início suave embutido através de sua dinâmica de acoplamento hidrodinâmico que fornece um início mecânico suave e reduz a necessidade de correntes de inicialização altas. Além disso, nenhum acionamento de velocidade variável (VSD) de topside é necessário uma vez que as alterações de velocidade de haste são alcançadas através de um atuador padrão que contra as pás de orientação do acoplamento hidrodinâmico. A unidade intensificadora aumenta ou diminui a velocidade de modo inerente para manter a potência constante se o torque for diminuído ou aumentado devido a variações no teor de gás. • O sistema exige torque de fuga menor na inicialização, uma vez que o motor pode iniciar sem nenhuma carga aplicada, e para instalação vertical apenas o peso do motor elétrico afetará o torque de fuga. Consequentemente, os tamanhos de cabeamento elétrico podem ser muito reduzidos. Na fase de inicialização de bomba, o potencial completo do torque gerado por motor elétrico está disponível, se necessário.

[019] A realização preferencial descrita no presente documento, com os benefícios descritos acima, resulta em uma unidade de acionamento única sem topside e sem vedação que pode operar em ambientes submarinos difíceis sem a necessidade de vedações de haste mecânicas de alto custo e frágeis, sistemas de fluido de barreira complexos, unidades de pressão hidráulica de topside grandes e acionamentos de velocidade variáveis. O sistema é particularmente benéfico para desenvolvimentos de campo menor, aplicações de bombeamento em nicho, condições ambientais sensíveis em que o potencial de vedações com vazamento seria problemático e aplicações em que soluções de desenvolvimento de campo maior e mais complexo que usam tecnologia existente são necessárias ou desejáveis. O sistema descrito no presente documento é altamente flexível e adaptável e tem capacidade para ser usado para acionar uma unidade intensificadora submersa para impulsionar óleo e gás, injetar ou separar água, bombear eficientemente fluidos de múltiplas fases e atuar como um refrigerador para outras aplicações submarinas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[020] Um melhor entendimento da presente invenção pode ser obtido quando a descrição detalhada a seguir das realizações é considerada em conjunto com os seguintes desenhos, em que: • a Figura 1 é uma ilustração esquemática de uma realização preferencial da presente invenção que mostra uma seção de bomba unida a uma seção de motor por meio de um acoplamento magnético e de um acoplamento hidrodinâmico; • a Figura 2 é uma ilustração esquemática de outra realização da presente invenção semelhante à Figura 1, mas que tem uma disposição de vedação mecânica na seção de bomba que forma câmaras vedadas em comunicação com um sistema de fluido de barreira; e - a Figura 3 é uma vista em corte que mostra a disposição geral da haste de motor, do acoplamento hidrodinâmico, do acoplamento magnético e da haste de bomba/compressor, de acordo com uma realização preferencial.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[021] Uma realização preferencial da invenção será descrita agora com referência à Figura 1. O sistema, referido em geral como 100, inclui uma bomba ou um compressor 10, preferencialmente uma bomba ou um compressor de único estágio ou de múltiplos estágios, acionado por um motor 20, tipicamente um motor elétrico, por meio de um conjunto de transmissão de torque 50 que compreende um acoplamento hidrodinâmico 30 e um acoplamento magnético 40.

[022] O motor 20, o acoplamento hidrodinâmico 30 e uma primeira porção do acoplamento magnético 40 estão contidos em um compartimento de unidade de acionamento 21 e uma segunda porção do acoplamento magnético 40 e a bomba ou o compressor 10 estão contidos em um compartimento de unidade de reforço 11. A bomba ou o compressor 10 inclui preferencialmente um cartucho de bomba de sistema hidráulico de bomba ou um cartucho de sistema termodinâmico de compressor 18. Preferencialmente, o sistema 100 inclui uma funcionalidade de acionamento de velocidade variável, além de uma função de início suave. Todo o sistema de reforço 100, incluindo todos os sistemas auxiliares, é projetado para uso submersível (aplicações submarinas).

[023] A combinação do acoplamento magnético 40 com o acoplamento hidrodinâmico 30 fornece um aspecto único do conjunto de transmissão de torque 50. O acoplamento magnético 40 é um dispositivo que tem capacidade para transmitir força através do espaço sem contato físico usando-se forças magnéticas para realizar trabalho de uma forma giratória. Preferencialmente, o acoplamento magnético 40 inclui a porção de acionador que tem um ímã 44 montado na extremidade inferior da haste de conexão 32 e uma porção de seguidor que tem um ímã 46 montado em uma extremidade superior da haste de bomba 12.

[024] O acoplamento magnético 40 separa o processo da bomba/compressor 10 do lado de motor elétrico 20 através do invólucro de contenção por pressão 42. O compartimento de unidade de acionamento 21 com o invólucro de contenção por pressão 42 compreende um recipiente hermeticamente vedado ao redor do motor elétrico 20, o acoplamento hidrodinâmico 30 e a porção de acionador do acoplamento magnético 40. O invólucro de contenção por pressão 42 assegura um fluido de resfriamento e lubrificação limpo 4 no compartimento de unidade de acionamento 21 sem qualquer risco de contaminação causada pelo fluido de processo 6. O acoplamento magnético 40 pode ser do tipo síncrono ou assíncrono dependendo da aplicação. Os acoplamentos magnéticos 40 são bem conhecidos por técnicos no assunto de desenvolvimento de sistema de reforço rotodinâmico sem vedação. Um exemplo de um acoplamento magnético adequado é revelado no Pedido no de Série U.S. 14/516.079 codependente do depositante. Esse acoplamento magnético único elimina a necessidade de vedações como barreiras de vazamento e fornece um processo único para vedar o conjunto de motor, reduz os riscos de vazamento de fluidos de processo e permite que o sistema opere em profundidades de água extremas sem risco de vazamentos ambientais.

[025] A haste de bomba/compressor 12 é acionada por acoplamento magnético 40 entre um ímã de porção de seguidor 46, um invólucro de contenção por pressão 42 e um ímã de porção de acionador 44, o qual é girado por meio da haste de conexão 32 por acoplamento hidrodinâmico 30 por meio de rotação da haste 22 do motor 20.

[026] O sistema de transmissão de torque 50 é mecanicamente separado. O acoplamento hidrodinâmico 30, assim como a porção de acionador 44 do acoplamento magnético 40, é mecanicamente separado da porção de seguidor 46 do acoplamento 40 e, assim, o mesmo separa mecanicamente a bomba/compressor 10 do motor 20. Isso minimiza a carga nos mancais e na haste uma vez que será apenas o peso do rotor de motor 26 e do acoplamento hidrodinâmico 30 que gera o torque de fuga. O torque exigido gerado pelo motor 20 é transmitido através de forças eletromagnéticas à bomba/compressor 10.

[027] O acoplamento magnético 40 e o acoplamento hidrodinâmico 30 são conectados através de uma haste de conexão 32. Cada componente de acoplamento 30, 40 gera forças tanto axiais quanto radiais. Portanto, para lidar com as forças geradas, os mancais radiais 52M e os mancais de empuxo 54M são montados na haste de conexão 32. Conforme mostrado na Figura 1, preferencialmente pelo menos um mancal radial 52M é montado em uma haste de acionamento de motor 22 localizada acima da haste de conexão 32. Adicionalmente, a bomba/compressor 10 inclui preferencialmente mancais superior e inferior radiais 52P e uma disposição de mancal de empuxo 54P.

[028] O acoplamento hidrodinâmico 30 transmite a potência gerada pelo motor elétrico 20 por meio do acoplamento magnético 40 para uma haste de bomba/compressor 12. A funcionalidade do acoplamento hidrodinâmico 30 é baseada em três componentes principais: um propulsor 34, uma turbina 36 e diversas pás de orientação 38 posicionadas dentro de um alojamento. Os acoplamentos hidrodinâmicos 30 são bem conhecidos por técnicos no assunto de acoplamentos de fluido. Com referência à Figura 3, o propulsor 34 tem uma pluralidade de pás de propulsor 38A e a turbina 36 tem uma pluralidade de pás de turbina 38B. O propulsor 34 e a turbina 36 são preferencialmente dispostos em uma relação voltados um para o outro no alojamento fechado. O acoplamento hidrodinâmico 30 fornece transmissão de potência com base em um princípio operacional indireto. O propulsor acionado 34 transfere a energia mecânica introduzida do motor 20 para energia cinética em fluxo de fluido. O formato das pás de propulsor 38A força o fluxo de fluido na direção das pás de turbina 38B, o que resulta em uma força líquida que causa um torque que faz com que a turbina 36 gire na mesma direção que o propulsor 34. O fluido de energia maior flui de modo centrífugo do propulsor acionado 34 para a turbina 36, em que a reconversão para energia mecânica ocorre. A potência é transferida do propulsor 34 para a turbina 36 sem qualquer contato direto. A quantidade de torque transmitido do motor 20 para a bomba/compressor 10 depende do torque exigido pela aplicação de bomba/compressor em si e as perdas geradas no acoplamento magnético 40. A posição das pás de orientação 38 que sustentam a turbina 36 com fluido energizado controla o torque transmitido.

[029] Na realização preferencial, o acoplamento hidrodinâmico 30 pode ser operado em três modos: modo de velocidade constante, modo de potência constante e modo combinado. No modo de velocidade constante, a potência transmitida pelo acoplamento hidrodinâmico 30 é ajustada através de pás de orientação internas 38 controlando-se o fluido 4 para a turbina 36 através de um atuador 39. O tipo de atuador pode ser elétrico ou hidráulico. No modo de potência constante, o acoplamento hidrodinâmico 30 é operado com pás de orientação fixas 38 e a velocidade é livre para variar com base no torque de bomba exigido. O modo combinado é um modo otimizado em que o modo de velocidade constante e o modo de potência constante combinam sua funcionalidade para corresponder a todos os pontos operacionais possíveis.

[030] Na realização preferencial, um sistema de controle único é embutido no sistema de acoplamento Hydromag para posicionamento de pá de orientação. Esse sistema de controle inclui hardware na forma de um mecanismo de atuação elétrico ou hidráulico 39, assim como software instalado em conjunto de circuitos elétrico. O objetivo do sistema de controle é dividido em dois: (1) proteger a unidade de bomba/compressor e (2) assegura desempenho ideal dentro da faixa de encargo de unidade de bomba/compressor.

[031] O objetivo primário é proteger o sistema de ser sobrecarregado com torque excessivo (aplicações de fase única ou de múltiplas fases) ou evitar que a bomba opere próxima ou além da linha de sobretensão (aplicações de múltiplas fases). Nesse contexto, o sistema de controle exigirá duas entradas principais: velocidade de haste de bomba real e posição de pá de orientação. A partir do mapeamento dessa unidade com bancos de dados de dados de teste de bomba (torque, velocidade, potência, posição de pá de orientação), a saída do sistema de controle é uma nova posição de pá de orientação se a bomba/compressor estiver oscilando para modos de sobrecarga (torque excessivo) ou sobrevelocidade instável (sobretensão/torque de fluxo).

[032] Em segundo lugar, o objetivo é assegurar que a bomba/compressor opere dentro da faixa de encargo pretendida (envelope de operação) ou até esteja ajustado para corresponder a um determinado ponto de encargo. Nesse contexto, o sistema de controle terá posição de pá de orientação e velocidade de haste como entrada, comparar isso com bancos de dados de dados de teste reais e fornecer a posição de pá de orientação ideal para a área de encargo desejada e/ou a área que rende a melhor eficiência ou o torque máximo (Nota: a condição de torque máximo na unidade Hydromag ocorre em condições de alta velocidade e é dependente da seleção hidráulica ou termodinâmica. A condição de perda de viscosidade máxima é quando as perdas magnéticas na unidade Hydromag estão em seu ponto mais baixo, a qual está em sua velocidade máxima). Em alguns casos, o primeiro e o segundo objetivos significam essencialmente o mesmo, dependendo de margens de segurança. A função de velocidade variável inerente do acoplamento hidráulico que opera no modo de potência constante (em uma posição de pá de orientação específica) assegura que o modo de proteção de envelope de operação esteja sempre ativado no caso de a bomba/compressor experimentar condições de fluido de ingresso que cria condições de perturbação.

[033] Em sistemas de bomba tradicionais operados por VFDs elétricos, um técnico no assunto pode evitar esse sistema e essa situação de controle analisando-se e atuando-se sobre medições de torque e potência diretamente a partir do VFD, sabendo que a relação entre torque, velocidade e potência é descrita em equações bem conhecidas. Isso é bastante padrão. Entretanto, uma vez que o sistema do depositante não tem esse VFD e uma vez que o acoplamento magnético é muito sensível a torque excessivo, esse sistema de controle se torna importante para operação segura e eficiente do sistema de bomba submarina. Preferencialmente, a lógica do sistema de controle é submarina, uma vez que os tempos de resposta podem ser muito longos para depender de qualquer topside de processamento/lógica de sinal.

[034] O conjunto de transmissão de torque 50 gera perdas tanto viscosas quanto eletromagnéticas. Para resfriar essas perdas, um sistema em rede de fluxo interno 24 é usado. O sistema em rede de fluxo 24 também assegura lubrificação do acoplamento magnético 40 (se equipado com mancais internos), do acoplamento hidrodinâmico 30, dos mancais radiais 52M e do mancal axial 54M na seção acima do invólucro de contenção por pressão 42. Adicionalmente, um propulsor de circulação de resfriamento 28 pode ser montado a uma extremidade superior da haste de motor 22.

[035] O invólucro de contenção de pressão 42 no acoplamento magnético 40 isola o fluido de processo 6 do fluido de resfriamento e lubrificação 4. Isso garante um fluido de resfriamento 100% limpo 4 o tempo todo. Isolando-se o fluido de processo, o sistema tem a capacidade de operar em condições ambientais sensíveis. Para aperfeiçoar adicionalmente a qualidade do fluido de resfriamento 4, o sistema de rede de fluxo 24 filtra parte do fluxo de resfriamento 4 através de um filtro 74 montado em paralelo a uma bobina de resfriamento 72. Preferencialmente, um fluxo de resfriamento de motor de fracionamento 4 é continuamente filtrado. O sistema de rede de fluxo 24 inclui preferencialmente um compensador de pressão de fluido 76. O sistema de rede de fluxo 24 inclui pelo menos uma entrada e pelo menos uma saída com o compartimento de unidade de acionamento 21 para fornecer fluido de resfriamento de circulação 4 aos componentes contidos dentro do compartimento de unidade de acionamento 21.

[036] Um dos recursos do conjunto de transmissão de torque 50 é a capacidade de aumentar a velocidade operacional da bomba/compressor 10 até duas vezes a velocidade de motor (no modo de controle combinado). Uma redução na velocidade de motor reduz significativamente as perdas viscosas geradas no motor 20. A perda de motor viscosa é o principal contribuinte de perda para as perdas totais em motores inundados. Mais especificamente, em sistemas de bombeamento de múltiplas fases, a velocidade de bomba precisa frequentemente ser na faixa de 4.000 a 6.000 rpm, que pode causar perdas maiores do que 400 kW em sistemas de 3.000 kW. As perdas viscosas no motor são proporcionais à velocidade de motor para a potência de três (motor de perda viscosa α rr.c:ci- speecJ). Uma redução na velocidade de motor com até duas vezes reduzirá, portanto, as perdas de motor viscosas com até oito vezes. Essa redução nas perdas de motor aumenta significativamente a eficiência geral do sistema de reforço completo. Em aplicações de múltiplas fases, o torque contínuo - controle de velocidade do conjunto de transmissão de torque no modo de controle combinado manuseia automaticamente as oscilações de torque natural que aparecem devido a variações nas frações de volume de gás (GVF) do fluido de processo. A capacidade de manusear grandes variações em GVF aumenta a flexibilidade do sistema e possibilita que o mesmo seja usado tanto para aplicações de fase única quanto de múltiplas fases de um modo econômico e eficiente.

[037] A combinação única do acoplamento hidrodinâmico em série com um acoplamento magnético acionado por um motor elétrico gera um sistema de bomba de velocidade variável eficiente que é independente da pressão de processo e pode operar com pressão constante que circunda os componentes em relação à pressão do mar ambiente. Isso garantirá 100% de controle da rede de fluxo interna que lubrifica e resfria os componentes em si visto que a pressão diferencial sempre será a mesma sobre respectivo componente independentemente da pressão de processo. Além disso, a combinação de sistema de uma bomba centrífuga com a capacidade de girar mais rápido do que a velocidade do motor com até duas vezes devido ao recurso de acoplamento hidrodinâmico permite uma redução substancial nas exigências de potência para o sistema e eficiências de motor aumentadas. Previamente, a análise convencional não pensaria em combinar um motor de alto rpm com uma bomba centrífuga menor devido às perdas viscosas inerentes que seriam esperadas. Além disso, essa combinação não será óbvia para um típico ambiente atmosférico topside, em que motores elétricos não visualizam altas pressões, mas são resfriados por ar circundante e perdas viscosas não são uma questão a considerar. Além disso, a bomba e suas vedações propensas à falha são normalmente mais fáceis e menos dispendiosas de serem consertadas topside do que no fundo do mar e, portanto, menos crítica. Os custos acrescidos de ter dois sistemas de acoplamento combinados não superam os benefícios. O custo e complexidade de reparos no fundo do mar, entretanto, necessitam de abordagens alternativas não consideradas previamente. Essa combinação de um motor de baixa velocidade com um acoplamento hidrodinâmico e um acoplamento magnético em série também possibilita que o sistema seja menor em escala e complexidade de modo a possibilitar que reforço submarinho e bombeamento sejam economicamente viáveis para desenvolvimentos em campo pequeno.

[038] Outro recurso é a funcionalidade de iniciação macia inerente do acoplamento hidrodinâmico 30 que torna possível operar a bomba/compressor 10 com uma iniciação direta do motor elétrico 20. A capacidade de ter funcionalidade de iniciação macia reduz substancialmente as exigências de potência do sistema e os custos associados de fornecer potência aumentada. As exigências de potência inferior também possibilitam que o sistema seja economicamente aplicado a campos menores e mais marginais. A capacidade de ter uma iniciação macia é devido ao comportamento de sistema hidrodinâmico do propulsor 34, da turbina 36 e das pás-guia 38 no acoplamento hidrodinâmico 30. Inicialmente, se as pás-guia 38 estiverem na posição fechada, não há torque gerado através da turbina 36, apenas recirculação interna no propulsor 34. Logo após a iniciação direta do motor 20, o atuador 39 abre gradualmente as pás-guia 38 para a velocidade de estacionamento de bomba ou para a posição de abertura desejada para satisfazer o torque e velocidade de bomba desejados. Esse procedimento inicial torna a bomba iniciada com uma iniciação direta de motor por meio do sistema de transmissão de torque comparável a uma iniciação de bomba através de um acionamento de velocidade variável (VSD). Assim, o custo e complexidade de ter um VSD separado são eliminados. Operar o sistema 100 desse modo também torna possível usar o potencial total do motor 20 até mesmo em baixa velocidade de bomba (isto é, baixa rpm).

[039] Até mesmo sem a possibilidade de operar as pás-guia 38, a iniciação de bomba/compressor será mais do tipo de iniciação macia, devido ao atraso de tempo inerente da hidrodinâmica no acoplamento hidrodinâmico 30. Ou seja, levará algum tempo para formar um fluxo no propulsor 34 para acionar a turbina de geração de torque 36 que acionará a bomba/compressor 10 através do acoplamento magnético 40.

[040] Conforme mostrado na Figura 1, os mancais radial e de empuxo 52P, 54P na seção de bomba do sistema 100 são lubrificados pelo fluido de processo 6. Entretanto, esses mancais radiais 52P e mancais de empuxo 54P não podem ser adequadamente lubrificados pelo fluido de processo 6 em casos em que o fluido de processo 6 estiver muito contaminado e em aplicações de múltiplas fases em que o gás é um dos componentes no fluido de processo 6. Em tais casos, é preferencial usar um sistema modificado 100’ conforme mostrado na Figura 2. Deve-se entender que referências numéricas iguais na Figura 2 e Figura 1 se referem aos mesmos componentes e a discussão relacionada em relação ao componente na Figura 1 pertence igualmente ao componente igual na Figura 2, a menos que estabelecido de outra maneira.

[041] Conforme na realização anterior, o sistema 100 inclui uma bomba/compressor 10 acionada por um motor 20 por meio de um conjunto de transmissão de torque 50 que compreende um acoplamento hidrodinâmico 30 e um acoplamento magnético 40. Preferencialmente, o sistema 100’ inclui uma funcionalidade de acionamento de velocidade variável além de um recurso de iniciação macia. Todo o sistema de reforço 100’ que inclui todos os sistemas auxiliares é projetado para uso submerso (aplicações submarinhas). O sistema 100’ compreende adicionalmente os elementos similares a seguir conforme no sistema 100: uma haste de bomba/compressor 12, uma haste de fragmento 32, um propulsor 34, uma turbina 36 e diversas pás-guia 38 do acoplamento hidrodinâmico 30, um invólucro de contenção de pressão 42, um atuador elétrico 39, e mancais radiais superior e inferior 52P e uma disposição de mancal de empuxo 54P.

[042] O invólucro de contenção de pressão 42 no acoplamento magnético 40 isola o fluido de processo 6 do fluido de resfriamento e lubrificação 4. Isso garante um fluido de resfriamento 100% limpo 4 o tempo todo. Para aperfeiçoar adicionalmente a qualidade do fluido de resfriamento 4, o sistema de rede de fluxo 24 filtra parte do fluxo de resfriamento 4 através de um filtro 74 montado em paralelo a uma bobina de resfriamento 72. Preferencialmente, um fluxo de resfriamento de motor de fracionamento 4 é continuamente filtrado.

[043] Conforme mostrado na Figura 2, a bomba/compressor 10, de preferência, inclui mancais radiais superiores e inferiores 52P e uma disposição de mancal de impulso 54P. Uma câmara vedada superior 14 da bomba/compressor 10 é definida pelo invólucro de contenção por pressão 42, uma porção superior do compartimento de unidade intensificadora 11 e um divisor superior que compreende uma vedação mecânica 15. A vedação mecânica 15 que forma uma vedação com a haste de bomba 12. O mancal radial superior 52P está contido dentro da câmara vedada superior 14.

[044] Uma câmara vedada inferior 16 da bomba/compressor 10 é definida por uma porção inferior do compartimento de unidade intensificadora 11 e um divisor inferior que compreende uma vedação mecânica 17. A vedação mecânica 17 que forma uma vedação com a haste de bomba 12. O mancal radial inferior 52P e a disposição de mancal de impulso 54P estão contidos dentro da câmara vedada inferior 16. Alternativamente, a disposição de mancal de impulso 54P pode estar contida dentro da câmara vedada superior 14.

[045] As câmaras vedadas superior e inferior 14 e 16 da bomba 10 estão em comunicação com um sistema de fluido de barreira 80. O sistema de fluido de barreira 80 compreende um fluido de barreira 8, um tanque pressurizado 82, uma válvula de retenção 84, uma válvula de regulação de pressão 86 e, se necessário, um resfriador 88. O propósito do sistema de fluido de barreira 80 é assegurar uma lubrificação limpa dos mancais 52P e 54P. Nenhum dos projetos de sistema acima precisa de abastecimento topside de fluido de barreira 8. No caso de falha de vedação mecânica, o motor 20 não tem que ser desligado contanto que o abastecimento de fluido de barreira esteja funcionando. Além disso, a manutenção desse sistema após uma falha mecânica é muito mais fácil devido ao fato de que é apenas a bomba/compressor principal 10 que precisará ser desmontada. Esse projeto também minimiza as peças de estepe necessárias; em vez de uma unidade de motor-bomba de estepe, apenas um cartucho de bomba/compressor será necessário. O projeto permite um tempo de inatividade reduzido, atividade de serviço menos complexa e custos de manutenção e operação globais inferiores.

[046] Uma característica exclusiva do sistema é gerada através da combinação específica de subcomponentes no sistema em que um acoplamento hidrodinâmico 30 está disposto em série com um acoplamento magnético 40. Há diversos benefícios ganhos através desta disposição: • O motor 20, incluindo o fluido de resfriamento 4, é isento de contaminação de processo. • A bomba/compressor 10 pode operar a duas vezes a velocidade de rotação do motor 20. • A bomba/compressor 10 tem um início suave inerente através do acoplamento hidrodinâmico 30. • Nenhum acionamento de velocidade variável de topside é necessário para cobrir uma grande faixa de operação; isso é atingido através de um atuador linear 39 que controla o acoplamento hidrodinâmico 30. • O revestimento de motor pode ser projetado de acordo com requisitos de pressão mais baixa; isso também inclui todos os componentes auxiliares, tais como: conectores hidrodinâmicos, conectores de alta tensão, conectores de sinal, tubos de produção de resfriamento, alojamento de filtro e compensadores. • O projeto do sistema exige binário de descolamento inferior na partida. • Na fase de inicialização de bomba/compressor, o potencial completo do torque gerado por motor elétrico 20 está disponível. • Nenhum abastecimento topside de fluido de barreira 8 é necessário para qualquer caso. 1. O fluido de barreira 8 é apenas em campo petrolífero para fluidos de processo altamente contaminados P ou quando o resfriamento de acoplamento magnético e lubrificação de mancal 40 não é possível. Para esses casos específicos, o compartimento de motor 21 e o fluido de resfriamento 4 estarão ainda 100% limpos e isentos de contaminação de processo.

[047] O invólucro de contenção por pressão no acoplamento magnético 40 isola o fluido de processo 6 do fluido de resfriamento e lubrificação 4. Isso garante um fluido de resfriamento 100% limpo 4 todas as vezes. Isso é especialmente importante para bombas/compressores 10 que estão operando com mancais hidrodinâmicos. Para aprimorar ainda mais a qualidade do fluido de resfriamento 4, esse sistema de rede de fluxo específico 24 filtra parte do fluxo de resfriamento 4 através de um filtro 74 montado em paralelo à bobina de resfriamento 72.

[048] Uma das características do acoplamento hidrodinâmico 30 é que o mesmo gera um aumento de velocidade, se necessário, entre o motor elétrico 20 e a unidade de bomba/compressor 10 e um aumento de velocidade de até duas vezes é possível. Isso é importante para manter uma alta eficácia ao operar a bomba/compressor 10 em altas velocidades de rotação. Em altas velocidades de rotor 26 do motor 20, até 90% das perdas totais no sistema de reforço podem ser geradas no compartimento de motor elétrico 21. O contribuinte principal para as perdas de motor em alta velocidade são as perdas viscosas. Reduzindo-se a velocidade do motor 20 em um fator de dois, as perdas geradas através de trabalho viscoso serão reduzidas oito vezes (0,53). Altas velocidades de rotação são necessárias ao operar em altas frações de volume de gás (GVF) (isto é, na faixa de 30% a 100% de GVF) para ter capacidade de gerar pressões diferenciais suficientes no sistema global.

[049] Através do sistema de partida suave no acoplamento hidrodinâmico 30, a bomba 10 é iniciada de modo suave mesmo se o motor 20 for iniciado através de uma partida direta. Isso se deve ao comportamento hidrodinâmico internamente no acoplamento hidrodinâmico 30 e entre os três componentes principais no acoplamento hidrodinâmico 30: o propulsor centrífugo 34, as pás de orientação 38 e a turbina 36. Durante uma partida direta do motor 20, o propulsor centrífugo 34 internamente no acoplamento 30 não tem capacidade para gerar instantaneamente a potência de haste necessária para a bomba 10. Isso se deve ao tempo curto, porém não insignificante, que o mesmo leva para acumular o padrão de fluxo no acoplamento hidrodinâmico 30. A sequência para gerar uma potência de haste suficiente é conforme segue: o propulsor centrífugo 34 acumula fluxo e pressão suficientes para acionar a turbina 36 por meio das pás de orientação 38. A turbina 36, por sua vez, então, gera um torque que supera o binário de descolamento e inicia o giro da bomba/compressor 10.

[050] O acoplamento hidrodinâmico 30, se controlado por um atuador 39, pode ser também usado para aumentar o intervalo de operação da bomba alterando as características de pressão de fluxo do fluido 4 que entra na turbina 36. Isso é realizado regulando-se a posição das pás de orientação 38 que estão controlando a potência de haste para a bomba principal 10 a uma velocidade de motor fixa. Dependendo da posição da pá de orientação, a turbina 36 gera uma potência de haste específica para a bomba/compressor principal 10; a velocidade da bomba/compressor 10, então, depende do torque necessário da própria hidráulica da bomba. A funcionalidade simplifica consideravelmente o sistema de controle da bomba/compressor devido ao mecanismo de controle/regulação de torque inerente do acoplamento hidrodinâmico. Essa característica também torna possibilita usar um sistema de controle de velocidade tradicional mesmo para fluxos multifásicos altamente oscilantes.

[051] O invólucro de contenção por pressão que isola o lado de processo da bomba principal 10 do fluido de resfriamento 4 no compartimento de motor 21 também lida com a pressão de fechamento do processo. Esse resultado significa que o revestimento de motor, incluindo todos os componentes de pressão no sistema de resfriamento de motor, pode ser projetado para uma classificação de pressão mais baixa que a bomba/compressor principal 10 apenas com o requisito de atender a pressão necessária do ambiente em que o módulo de bomba/compressor 10 está instalado. Esse projeto também reduzirá significativamente o peso do revestimento de motor elétrico e dos sistemas auxiliares, tal como conectores de alta tensão, conectores hidráulicos, e do sistema de resfriamento. Isso também levará a um aumento de eficácia considerável do sistema de resfriamento de motor elétrico devido à espessura de parede reduzida necessária nos tubos de resfriamento. A espessura de parede nos tubos de resfriamento é normalmente um dos muitos parâmetros de direcionamento de desempenho e tamanho no projeto de um sistema de resfriamento submarino passivo.

[052] O acoplamento magnético 40 separa fisicamente a bomba/compressor principal 10 do motor 20 e disposição de acoplamento. Essa configuração implica que apenas o peso do rotor do motor 26 gerará o binário de descolamento necessário durante a partida do sistema de bomba/compressor 10. Esse resultado é atingido isolando-se mecanicamente o acoplamento magnético 40 e a bomba/compressor principal 10 do restante do sistema fechando-se o fluxo através de pás de orientação 38 por um tempo limitado.

[053] É possível controlar a posição das pás de orientação 38 durante a partida para tirar vantagem das características do motor 20, ou seja, para garantir que a bomba/compressor principal 10 seja iniciada quando o motor 20 está gerando torque máximo.

[054] O acoplamento magnético 40 gera um ambiente sem vazamento. Não há vazamento de vedação mecânica do fluido de resfriamento de motor 4 (nenhuma vedação mecânica é conectada ao compartimento de motor 21). A eliminação de vedações melhora a confiabilidade, fornece uma barreira de fluido mais robusta e aumenta a segurança ambiental.

[055] Embora a invenção tenha sido descrita em detalhes acima em referência às realizações específicas, será entendido que modificações e alterações nas realizações podem ser realizadas por aqueles com prática na técnica, sem afastamento do escopo da invenção. Todas tais modificações e alterações devem ser abrangidas. Adicionalmente, todas as publicações mencionadas no presente documento são indicativas do nível de habilidade na técnica e estão incorporadas ao presente documento em sua totalidade como se cada uma estivesse individualmente incorporada a título de referência e apresentada por completo.

Claims (19)

1. SISTEMA DE REFORÇO (100) ADEQUADO PARA USO SUBMARINO, que compreende: um motor elétrico submersível (20) que tem uma haste (22); um acoplamento magnético (40) que compreende uma porção de acionador (44) e uma porção de seguidor (46) magneticamente acopladas em conjunto; uma unidade reforçadora (10) que tem uma haste de unidade reforçadora (12) operacionalmente conectada à porção de seguidor (46) do acoplamento magnético (40); e um recipiente hermeticamente vedado (21) que abrange a porção de acionador (44) de acoplamento magnético (40) e o motor elétrico (20), em que a porção de seguidor (46) de acoplamento magnético (40) é separada da porção de acionador (44) do acoplamento magnético (40) por um membro de contenção por pressão (42) do recipiente hermeticamente vedado (21), caracterizado por compreender: um acoplamento hidrodinâmico (30) que compreende uma porção de entrada e uma porção de saída, sendo que a porção de entrada é conectada à haste de motor (22); uma haste de conexão (32) conectada à porção de saída de acoplamento hidrodinâmico e conectada à porção de acionador de acoplamento magnético (44); sendo que o acoplamento hidrodinâmico (30) é abrangido no interior do recipiente hermeticamente vedado (21) com a porção de acionador (44) de acoplamento magnético (40) e o motor elétrico (20).

2. SISTEMA DE REFORÇO (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo recipiente hermeticamente vedado (21) ser hidrostaticamente compensado ao meio ambiental por meio de um dispositivo de compensação de pressão (76).

3. SISTEMA DE REFORÇO (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado por compreender adicionalmente um sistema em rede de fluxo (24) para circular um fluido de resfriamento (4) por todo o recipiente hermeticamente vedado (21).

4. SISTEMA DE REFORÇO (100), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo sistema em rede de fluxo (24) circular o fluido de resfriamento (4) ao redor da porção de acionador (44) do acoplamento magnético (40) acoplada à porção de saída do acoplamento hidrodinâmico, ao redor do acoplamento hidrodinâmico (30) e ao redor do motor elétrico (20) para lubrificar e resfriar a porção de acionador (44) do acoplamento magnético (40) e do acoplamento hidrodinâmico (30) e do motor elétrico (20) no recipiente hermeticamente vedado (21).

5. SISTEMA DE REFORÇO (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 4, caracterizado por compreender adicionalmente, no interior do recipiente hermeticamente vedado (21), uma pluralidade de mancais (52M, 54M) acoplada à haste de motor (22), ao acoplamento hidrodinâmico (30) e à porção de acionador (44) do acoplamento magnético (40), em que o sistema em rede de fluxo (24) circula o fluido de resfriamento (4) para lubrificar e resfriar a pluralidade de mancais (52M, 54M) no recipiente hermeticamente vedado (21).

6. SISTEMA DE REFORÇO (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizado pelo sistema em rede de fluxo (24) estar em comunicação hidráulica com um filtro externo (74) e uma bobina de resfriamento (72).

7. SISTEMA DE REFORÇO (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizado pelo sistema em rede de fluxo (24) ser um sistema interno.

8. SISTEMA DE REFORÇO (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizado pelo acoplamento hidrodinâmico (30) usar um fluido (4) para transferir energia por todo o acoplamento hidrodinâmico (30) e o fluido (4) usado para transferir energia por todo acoplamento hidrodinâmico (30) ser o fluido de resfriamento (4).

9. SISTEMA DE REFORÇO (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por compreender adicionalmente: um compartimento de unidade reforçadora fechado (11) que abrange a porção de seguidor (46) do acoplamento magnético (40), a unidade reforçadora (10) e a haste da unidade reforçadora (12), em que o membro de contenção por pressão (42) se estende entre a porção de acionador (44) e a porção de seguidor (46) do acoplamento magnético (40) e compreende parte do compartimento de unidade reforçadora (11) e parte do recipiente hermeticamente vedado (21).

10. SISTEMA DE REFORÇO (100), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo compartimento de unidade reforçadora fechado (11) ser um invólucro de contenção por pressão.

11. SISTEMA DE REFORÇO (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 10, caracterizado por compreender adicionalmente: um mancal radial superior (52P) em uma porção superior da haste de unidade reforçadora (12); um mancal radial inferior (52P) em uma porção inferior da haste de unidade reforçadora (12); um divisor superior (15) que tem uma vedação mecânica superior que forma uma vedação com a porção superior da haste de unidade reforçadora (12); um divisor inferior (17) que tem uma vedação mecânica inferior que forma uma vedação com a porção inferior da haste de unidade reforçadora (12); em que uma câmara vedada superior (14) do compartimento de unidade reforçadora (11) é definida pelo divisor superior (15) que tem a vedação mecânica superior e uma câmara vedada inferior (16) do compartimento de unidade reforçadora (11) definida pelo divisor inferior (17) que tem a vedação mecânica inferior; e em que o mancal radial superior (52P) está na câmara vedada superior (14) e o mancal radial inferior (52P) está na câmara vedada inferior (16).

12. SISTEMA DE REFORÇO (100), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por compreender adicionalmente um mancal de empuxo inferior (54P) em uma porção inferior da haste de unidade reforçadora (12) na câmara vedada inferior (16), e um mancal de empuxo (54P) em uma porção superior da haste de unidade reforçadora (12) na câmara vedada superior (14).

13. SISTEMA DE REFORÇO (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 12, caracterizado por compreender adicionalmente um sistema de fluido de barreira (80) que circula um fluido de barreira (8) nas câmaras superior e inferior vedadas (14, 16).

14. SISTEMA DE REFORÇO (100), de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo sistema de fluido de barreira (80) compreender: um tanque pressurizado (82) e/ou uma unidade de alta pressão submarina; uma válvula de retenção (84); uma válvula de regulação de pressão (86); e um sistema de circulação de fluido de barreira.

15. SISTEMA DE REFORÇO (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 10, caracterizado por compreender adicionalmente: um mancal radial superior (52P) em uma porção superior da haste de unidade reforçadora (12); um mancal radial inferior (52P) em uma porção inferior da haste de unidade reforçadora (12); um mancal de empuxo (54P) em uma porção da haste de unidade reforçadora (12); e em que os mancais superior e inferior radiais (52P) e o mancal de empuxo (54P) são lubrificados e resfriados por um fluido de processo (6) e o fluido (6) de processo também é o fluido (6) bombeado através da unidade reforçadora (10).

16. SISTEMA DE REFORÇO (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelas porções de entrada e saída do acoplamento hidrodinâmico (30) compreenderem um propulsor (34), uma turbina (36) e uma pluralidade de pás de orientação (38).

17. SISTEMA DE REFORÇO (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado por compreender adicionalmente um atuator (39) para controlar o acoplamento hidrodinâmico (30).

18. SISTEMA DE REFORÇO (100), de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo atuador (39) controlar a velocidade da unidade reforçadora (10) em uma faixa abaixo da velocidade do motor até duas vezes a velocidade do motor.

19. SISTEMA DE REFORÇO (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 18, caracterizado pelo atuador (39) controlar o posicionamento das pás de orientação (38) do acoplamento hidrodinâmico (30).

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